이중화 구성 파워서플라이

지능형 컨셉을 통한 최고의 가용성

어떤 분야든간에 생산성과 비용 효율성에 대한 제고는 성공의 핵심 요소로 인식됩니다. 개별 컴포넌트의 신뢰성은 플랜트 및 설비의 고효용성을 확보하는 데 있어서 특히 중요합니다. 또한 정확히 이러한 신뢰성을 제공하는 산업용 파워서플라이는 중요한 역할을 수행합니다.

만약 제어 시스템이 24 V DC의 전원을 지속적으로 공급받지 못한다면 장애가 발생하여 서서히 정지하게 됩니다. 이런 이유로 비가동시간을 피하기 위해 더 많은 파워서플라이를 중복적으로 사용합니다.

이러한 유형의 이중화 파워서플라이 솔루션에는 최소 하나 이상의 추가적인 파워서플라이가 사용됩니다. 파워서플라이 중 하나가 고장이 나더라도 계속해서 전원을 공급할 수 있습니다.

“n+1” 이중화의 경우를 예로 들면, 총 20A의 전류를 공급하기 위해 각각 10A의 정격 전류를 공급하는 파워서플라이 3개를 사용합니다. 해당 운영회사가 특별히 보다 안정적인 컨셉을 요구할 경우, “1+1” 이중화를 구현합니다.

예를 들어 각각 20A인 두 개의 모듈을 출력 위치에서 병렬로 연결합니다. 이 중 하나가 내부 결함을 일으키거나 또는 1차측 선전압에 이상이 생길 경우, 그렇지 않은 두번째 모듈이 자동적으로 부하의 공급을 인계 받습니다. 이는 하나의 모듈이 모든 동작 상태에서 연결된 부하의 전체 전력 수요를 담당할 수 있도록 각각의 파워서플라이를 나눠서 할당해야 함을 의미합니다.

높은 작동 신뢰성을 얻으려면, 다이오드를 사용하여 병렬로 연결된 전원 장치들을 디커플링해야 합니다. 파워서플라이 중 하나의 2차측에 내부 단락이 발생하는 경우에는 다른 파워서플라이가 전체 전력을 공급합니다. 단락이 부하로의 전원 공급에 영향을 미치지 않는 경우에만 100% 이중화를 이용할 수 있는 것으로 간주합니다.

해당 배선까지 이중화로 구현할 경우, 부하까지 포함하는 완전한 이중화 솔루션을 완성할 수 있습니다. 이와 같은 컨셉은 두 개의 피닉스컨택트 출력 터미널과 함께 다이오드 및 이중화 모듈을 사용하여 구현할 수 있습니다.

병렬로 작동하는 두 개의 파워서플라이

요구되는 이중화 수준에 따라 피닉스컨택트는 다양한 솔루션을 제공합니다. 가장 간단한 경우, 두 개의 파워서플라이가 병렬로 작동합니다. 모든 Quint, Trio, Mini 그리고 Step 파워서플라이는 이러한 컨셉 구현에 적합한 제품들입니다.

예컨대 부하가 4A를 요구하는 경우에는 두 개의 5A 파워서플라이를 병렬로 구성해 전력을 공급합니다. 이중화가 필요한 경우, 하나의 장치가 고장나도 두 번째 파워서플라이가 여전히 전체 부하를 공급할 수 있습니다.

그러나 이 솔루션은 두 가지 에러 발생 가능성을 갖고 있습니다. 파워서플라이 출력단의 전원공급 케이블에서 단락이 발생할 경우, 전체 전류가 단락 부위를 통과하기 때문에 부하의 전압은 0V로 떨어집니다.

파손된 케이블을 발견하지 못하거나 파워서플라이를 잘못 연결하는 경우에도 문제가 발생합니다. 이 경우, 작동되는 장치로부터 부하가 공급됩니다. 그러나 이 경우 이중화는 더 이상 사용할 수 없습니다. 그 결과 사용자는 다른 파워서플라이가 고장나기 전까지는 이러한 상황을 알 수 없습니다.

다이오드 모듈을 이용한 간단한 디커플링

만약 파워서플라이들을 디커플링할 경우, 이들 중 하나의 출력 또는 전원 공급 라인에서 다이오드까지의 전원 공급 케이블 내에서 단락이 발생하더라도 부하에 아무런 영향을 주지 않습니다. 18mm 와이드 하우징에 내장된 2x5A 스텝 다이오드를 이용하여 이러한 솔루션을 구현할 수 있습니다. Quint 다이오드는 40A까지의 고전류, 24 또는 48V DC에 사용됩니다. Quint 다이오드는 DIN EN 70079-15 표준을 따르며 3G 카테고리 장비를 요구하는 위험 지역에서 사용할 수 있습니다.

이중화 모듈 디커플링 및 모니터링

2x10A Trio 다이오드 이중화 모듈(24 또는 48V DC용)은 파워서플라이의 출력 전압과 Trio 다이오드까지의 배선을 모니터링합니다. 이 장치들은 플로팅 계전기 접점 및 “Redundancy OK” LED를 이용하여 전압 강하 신호를 보냅니다. 회로 중 하나가 단락되어도 부하는 계속해서 공급됩니다. 단선된 케이블도 식별해서 신호를 보내줍니다.

액티브 이중화 모듈의 디커플링, 모니터링 및 제어

액티브 Quint Oring 이중화 모듈을 이용하면, 가장 지능적인 솔루션을 구현할 수 있습니다. 이 장치들은 단독으로 파워서플라이 출력 전압에서 전체 배선까지, 파워서플라이에서 부하까지 그리고 디커플링 섹션에서 부하 전류에 이르는 전체 이중화 솔루션을 모니터링합니다.

Quint Oring 모듈은 초기 단계에서 중요한 작동 상태를 감지하여 사용자에게 신호를 보냅니다. 예를 들어 잘못된 배선이나 케이블 결함 등을 알려주는 것으로, 이때까지 불가능했던 기술입니다.

부하 전류 모니터링은 중요한 이점을 제공합니다. 사용자가 시스템을 확장할 때 추가적인 부하를 이중화된 파워서플라이에 연결하는 경우 이중화를 상실할 수 있습니다. 예를 들어 4A를 요구하는 제어 시스템은 정격 전류가 각각 5A인 두 개의 이중화 파워서플라이로부터 전원을 공급 받습니다. 이제 사용자가 4A의 추가 부하를 연결하면 파워서플라이는 전압 강하 없이 손쉽게 8A를 제공합니다.

그러나 이러한 경우 이중화 기능을 더 이상 사용할 수 없습니다. 이제 두 개의 파워서플라이 중 하나가 고장날 경우, 두 번째 장치로 8A를 공급할 수 없습니다. 이러한 이유로 부하 전류를 모니터링하는 것이 중요합니다.

Oring 모듈의 과부하 상태를 알려주는 기능을 사용하여 이제 플랜트 운영자들은 이중화가 되지 않는 것을 즉시 확인할 수 있습니다. 이러한 기능은 4초 간의 시간 지연 후에 실현됩니다. 이것은 모터 구동 시 발생하는 고전류가 연속 과부하로 인식되는 것을 막기 위해서입니다.

균일한 사용으로 장치 수명 연장

Oring 모듈에 내장된 새로운 ACB(Auto Current Balancing) 기술은 이중화를 위해 구성된 파워서플라이들이 동일한 부하를 갖도록 하여 장치의 수명을 연장시켜줍니다. 부하 전류는 자동으로 균등 분배됩니다. 2x10A(1x20A) 및 2x20A(1x40A)의 Quint Oring 모듈은 18~30V DC의 전압에 적합합니다.

-25°C에서 70°C에 이르는 운용 온도 범위 내에서 기복이 심한 산업 환경에 사용하도록 설계된 폭 32mm 또는 38mm 의 파워서플라이는 마운팅 레일에 간단하게 설치할 수 있습니다. 주변온도가 최대 40°C에서 2x15A 또는 2x26A의 직류를 제공할 수 있습니다. Quint Oring은 디커플링을 위한 일반적인 실리콘 다이오드가 아닌 MOSFET을 사용하여 에너지 소비를 70%까지 줄일 수 있습니다.

[BOX]
정전에 대비한 100% 공급 신뢰성

UPS(Uninterruptible power supplies)는 더 높은 운영 신뢰성을 요구하는 경우에 사용됩니다. 이제 최초로 통합된 IQ 기술을 탑재한 장치들이 정전 시에도 100% 공급 신뢰성을 보장합니다. 현재까지 UPS의 버퍼시간은 수동으로 설정해왔습니다.

그러나 이 경우 실제 배터리 성능을 확인할 수 없습니다. 배터리 성능은 사용을 하면 할수록 그리고/또는 주변온도가 높을 수록 감소합니다. 최악의 경우 설정된 버퍼 시간 동안 배터리가 필요한 전원을 공급하지 못하면서 파워서플라이 전압에 이상이 발생할 수 있습니다.

새로운 Quint UPS-IQ 무정전 파워서플라이는 전압 및 온도와 같은 배터리와 관련된 모든 상태를 측정합니다. 연결된 배터리의 실제 충전 상태를 확인할 수 있는 지능형 배터리 관리를 통해 이용 가능한 남은 버퍼 시간과 수명을 계산합니다.

이 스마트 솔루션을 통해 전원 공급 중단 및 산업용 PC의 예상하지 못한 정지 등을 피할 수 있습니다. 유지관리 계획을 세울 수 있기 때문에 에너지 저장 장치도 더 이상 조기 교체할 필요가 없습니다.

출력 전류가 5, 10, 20, 40A인 Quint UPS-IQ 장치는 24V 장치에 사용할 수 있으며 400W/500VA 출력 Quint UPS-IQ는 85~264V AC의 AC 장치에 적합합니다. 이러한 장치들은 모두 1.3~38Ah의 VRLA 기술을 이용한 배터리 또는 높은 주변온도 환경에 적합한 리튬이온 전지와 선택적으로 함께 사용할 수 있습니다. 버퍼시간은 5A 부하 전류의 경우 8시간이고 40A 부하 전류의 경우에는 30분입니다.

독일 Bad Pyrmont 소재 피닉스컨택트 일렉트로닉스 GmbH 마케팅 파워서플라이 부서. 공학사(Dipl. -Ing) Anja Moldehn

제품 추가 정보
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피닉스컨택트 회사소개

Phoenix Contact는 산업자동화 분야의 세계 선두 기업으로, 전기 커넥션과 전자 인터페이스, 산업 자동화 기술을 제공하고 있다. 1923년 독일에서 설립된 이후, 현재 전 세계 50개국의 지사에서 10,000여 명이 넘는 인원이 [Inspiring Innovations]를 모토로 새롭고 혁신적인 신기술의 제품을 공급하고 있다.
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아이씨엔 매거진 2012년 04월호